Energia dal mare: Innovazioni italiane tra sogno e realtà

Il passaggio alle fonti rinnovabili: una sfida che non possiamo ignorare

L'energia dal mare rappresenta la piu grande fonte rinnovabile inutilizzata del pianeta, con 80.000 miliardi di kWh disponibili. L'Italia e tra i sei Paesi UE con politiche specifiche per lo sfruttamento del moto ondoso, con progetti come ISWEC e Rewec 3 gia operativi.

Una delle sfide più importanti a cui l'umanità dovrà far fronte nel prossimo futuro è quella di trovare fonti di energia alternative ai combustibili fossili, pulite e facilmente sfruttabili. Queste fonti dovrebbero permetterci di rimanere nei limiti stabiliti dall'Agenda 2030, un insieme di obiettivi europei da raggiungere per mitigare l'azione dei cambiamenti climatici nel periodo 2021-2030.

Tra gli obiettivi proposti, molti fanno riferimento al settore energetico. In particolare, si richiede una quota di almeno il 32% del fabbisogno energetico nazionale proveniente dalle fonti rinnovabili e la riduzione di almeno il 40% delle emissioni di gas serra rispetto al 1990.

In Italia, le fonti di energia rinnovabile (spesso indicate con l'acronimo FER) più usate sono l'idroelettrico, il fotovoltaico e l'eolico. L'Italia è una nazione in cui il suolo deve essere considerato una risorsa preziosa, data la grande percentuale di colline e territori già adibiti all'agricoltura e al pascolo. Abbiamo quasi raggiunto la massima capienza di impianti eolici e fotovoltaici sul territorio nazionale.

Da dove ricavare nuova energia? Lo sguardo si è rivolto verso il mare. Essendo la Penisola immersa nel Mediterraneo, esso possiede almeno due forme di energia che l'umanità non è ancora riuscita a sfruttare pienamente.

Scopriamo una nuova fonte di energia: quali vantaggi ci offre?

Nel 2021, l'ENEA -- Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile -- ha stabilito che, entro il 2030, saranno installati in Italia sistemi di captazione dell'energia proveniente dal mare. Ma quanto è conveniente sfruttare questa forma di energia e da dove proviene?

L'energia trasportata dalle onde del mare è prodotta principalmente dal Sole. Tramite la differenza di pressione e attrito, il Sole produce il vento che increspa l'acqua, fornendole energia cinetica che viene trasportata anche a grandi distanze. Le onde possono anche essere prodotte, in misura minore, da maree, terremoti o forze di Coriolis. Rispetto alle fonti rinnovabili più conosciute, l'energia marina può risentire meno delle condizioni meteo ed essere sempre disponibile. Gli studi sulla captazione di questa enorme fonte di energia sono iniziati molti anni fa, ma solo recentemente alcune tecnologie si sono dimostrate promettenti in tal senso.

Secondo ENI, l'energia del moto ondoso è la più grande fonte rinnovabile inutilizzata del pianeta, con una quantità di energia pari a 80.000 miliardi di KWh che coprirebbero più di 5 volte il fabbisogno planetario. Le acque del pianeta, soprattutto oceaniche, trasportano quantitativi di energia cinetica non sfruttata considerevoli, maggiori sulle coste occidentali e minori nei mari chiusi. Come evidenziato da Eni nel suo progetto ISWEC, la minore energia trasportata dalle onde del Mediterraneo non è un fattore limitante per l'utilizzo di questa fonte nel Mare Nostrum. Infatti, le onde del Mediterraneo sono meno alte e potenti, ma molto più frequenti e trasformabili da sistemi natanti galleggianti come l'ISWEC.

Un aspetto molto importante da considerare quando si parla di FER è il fattore di capacità (o fattore di utilizzo, in inglese indicato come load factor), che si definisce come il rapporto tra la produzione di energia effettiva di un impianto e la fornitura di energia teorica che avrebbe prodotto se l'impianto avesse lavorato per tutto l'intervallo di tempo in esame. Si tratta di un indicatore dell'intermittenza e della disponibilità delle energie rinnovabili. Il fattore di capacità tiene conto anche di eventuali guasti all'impianto e secondo recenti studi, quello della nuova tecnologia di captazione del moto delle onde è superiore a quello dell'eolico e delle altre rinnovabili.

Un altro fattore che può favorire la ricerca, sviluppo e implementazione dello sfruttamento del moto ondoso è la densità energetica, di gran lunga superiore a quella dell'eolico e del fotovoltaico. La densità energetica media delle onde è circa 3 kW/m2, 20 volte maggiore del Sole e cinque volte maggiore rispetto all'eolico.

L'Italia è una delle nazioni più attive sul fronte dell'energia marina: è tra i sei Paesi UE ad aver adottato politiche specifiche per lo sfruttamento di questa risorsa. I prototipi italiani con un livello di Maturità Tecnologico pari o superiore a 7 (TRL7+) su una scala da 1 a 9 sono ben cinque, quattro per le onde e uno per le maree.

ISWEC: un progetto rivoluzionario per l'energia dal mare

Eni ha collaborato strettamente con il Politecnico di Torino per sviluppare il sistema **ISWEC**, acronimo di Inertial Sea Wave Energy Converter. Questo dispositivo è un convertitore di energia che trasforma l'energia cinetica delle onde del mare in energia elettrica. È composto da un natante galleggiante dotato di due giroscopi. Questi ultimi, cercando di mantenere fisso il proprio asse di rotazione, generano una forza perpendicolare all'asse per resistere alla forza delle onde che tendono a farli girare. Questo approccio sfrutta il fenomeno della precessione giroscopica.

Le onde provocano il beccheggio dell'unità mobile, che è ancorata al fondale marino. Il moto dei giroscopi viene convertito in energia elettrica da un motore elettromeccanico. La potenza generata può variare tra 50 e 360 kW. Grazie all'uso di modelli matematici previsionali sulla frequenza delle onde, il dispositivo può essere ottimizzato, sincronizzando la rotazione del giroscopio con la frequenza delle onde.

In aggiunta al suo contributo come nuova risorsa rinnovabile, ISWEC si rivela esteticamente inoffensivo. Spesso, in Italia, ci siamo imbattuti in proteste di tipo "NIMBY" (Not in My Back Yard, o "non nel mio giardino"), soprattutto contro gli impianti eolici, accusati di rovinare il paesaggio. Il sistema ISWEC, posizionato a 800 metri dalla costa e emergente dal mare per solo un metro, risulta quasi invisibile e non invasivo per le bellezze del nostro mare.

Il primo prototipo di questo progetto risale al 2006, ma la versione finale su scala reale è stata realizzata solo nel 2012. Ad agosto di quell'anno, Eni e l'Università di Torino hanno installato un ISWEC di dimensioni 8x15x4,5 metri vicino alla costa di Pantelleria. Il dispositivo, con una potenza di picco di 260 kW, è stato collegato alla rete elettrica nazionale nel marzo 2023.

L'isola di Pantelleria si trova a circa 110 km dalla Sicilia e ha una popolazione di 7.000 abitanti, che raddoppia durante la stagione turistica. L'isola affronta sfide significative dal punto di vista energetico, in quanto è distante dal resto d'Italia e l'energia è prodotta principalmente da una centrale a gasolio. Questo approccio comporta un costo elevato, in quanto il combustibile deve essere acquistato e trasportato in cisterne da traghetti provenienti dalla Sicilia. Questo non solo aumenta il prezzo dell'energia, incorporando il costo del trasporto, ma rappresenta anche una fonte significativa di emissioni. Secondo l'Università di Torino, piccoli dispositivi come ISWEC, che generano energia elettrica dal mare, possono essere la soluzione perfetta per rendere indipendenti territori impervi e isolati, come Pantelleria, che non possono essere facilmente raggiunti dalla rete elettrica nazionale.

Rewec 3 di Civitavecchia: come una diga può generare energia?

**Rewec 3** è un progetto interamente italiano, nato dalla collaborazione dell'Università di Reggio Calabria e finanziato dall'Unione Europea. Questa tecnologia sfrutta il moto ondoso in modo significativamente diverso dal natante ISWEC, somigliando più a una diga. È composta da un'imboccatura superiore aperta verso il mare, collegata a una camera che contiene metà acqua e metà aria, a sua volta collegata a una turbina. Quando un'onda colpisce la linea di costa, il livello dell'acqua nella seconda camera aumenta, facendo aumentare la pressione dell'aria che, passando nella turbina, genera energia elettrica. Il medesimo effetto si verifica quando l'onda si allontana, permettendo alla turbina di girare in continuazione. Questo sistema è in fase di sperimentazione dal 2005, e un prototipo su scala 1:1 è stato realizzato nel 2012 nel porto di Civitavecchia.

Il mare, tuttavia, offre non solo l'energia cinetica portata dalle onde, ma permette di sfruttare anche le forze delle maree. L'energia mareomotrice non è ancora largamente diffusa a livello mondiale, a causa dei costi e dell'impatto ambientale che può produrre. Le maree, fenomeni di innalzamento e abbassamento periodico del livello del mare principalmente dovuti all'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole, rappresentano un'opportunità energetica molto allettante in quanto sono fenomeni costanti e prevedibili.

I sistemi di captazione di questa forma di energia, ancora in fase di sperimentazione, possono essere di due tipologie principali. La tecnologia più "vecchia" può essere pensata come un ibrido tra l'eolico e l'idroelettrico. È formata da un sistema di dighe che separano il mare da dei bacini più piccoli attraverso sistemi-barriera. Durante l'alta marea, il bacino si riempie e si svuota durante la bassa marea. Il movimento continuo dell'acqua avanti e indietro dal bacino viene captato da delle turbine che, ruotando, alimentano i generatori elettrici, producendo così energia rinnovabile e pulita.

Questa tecnologia non è ancora stata implementata a livello globale ed è ancora in fase di studio. Tra gli impianti più importanti ci sono l'impianto Mey Gen, in Scozia, con una potenza nominale di circa 400 MW; la barriera di Sihwa Lake, in Corea del Sud, con una capacità nominale di 254 MW e quella di La Rance, in Francia, con una capacità nominale di 240 MW.

Nonostante i benefici, questa tecnologia ha un impatto ambientale significativo. È particolarmente dannosa per la flora e la fauna delle coste dove viene implementata e altera la qualità dell'acqua. Ad esempio, in Francia, i tre anni di costruzione della centrale hanno avuto effetti devastanti sull'ecosistema dell'estuario, causando la morte di diverse specie di pesci e alterando i cicli di marea.

Un'alternativa tecnologica in esame sono le cosiddette turbine mareomotrici o idrogeneratori, piccole pale ancorate al fondale che si muovono grazie alla corrente marina prodotta dalle maree, in modo analogo alle pale eoliche terrestri. Quando le correnti attivano il moto rotatorio delle pale, la turbina produce elettricità.

In Italia, l'energia mareomotrice è stata sperimentata in alcuni impianti prototipo. Uno di questi è la turbina Kobold, implementata a Messina nel 1999 e dismessa nel 2016. Il sistema Kobold è molto simile all'ISWEC di Pantelleria, poiché è un sistema galleggiante ancorato al fondale che genera energia tramite il movimento di tre turbine.

Un altro progetto tutto italiano degno di nota è il sistema GEMSTAR, costituito da due turbine marine collegate ad un galleggiante, ancorate al fondale tramite un cavo. Questo sistema, per il suo modo di operare, viene anche chiamato "aquilone di mare". L'aquilone opera a 15 metri sotto il livello del mare e segue la corrente. Operando al di sotto del livello dell'acqua, consente il passaggio di navi e altre imbarcazioni, evitando quindi la deturpazione del paesaggio marittimo.

In conclusione, l'estrazione dell'energia dal mare non è più un sogno, ma una realtà sempre più concreta. Sebbene siano ancora necessarie ulteriori ricerche e sviluppi, l'impegno profuso in progetti come quelli sopracitati dimostra come l'innovazione possa giocare un ruolo chiave nel nostro viaggio verso un futuro energetico più sostenibile ed ecologico. Per comprendere i principi fisici dietro queste tecnologie, dalle onde elettromagnetiche alla meccanica dei fluidi, le ripetizioni di fisica offrono le basi scientifiche necessarie.

FAQ

Cos'e l'energia dal moto ondoso?

L'energia dal moto ondoso e una forma di energia rinnovabile che sfrutta il movimento delle onde marine per produrre elettricita. Secondo ENI, rappresenta la piu grande fonte rinnovabile inutilizzata del pianeta, con 80.000 miliardi di kWh potenzialmente disponibili.

Come funziona il sistema ISWEC?

ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter) e un dispositivo galleggiante con due giroscopi che sfrutta il beccheggio causato dalle onde. Il moto giroscopico viene convertito in energia elettrica da un motore elettromeccanico, con potenza tra 50 e 360 kW.

Quali sono i vantaggi dell'energia marina rispetto a eolico e fotovoltaico?

L'energia marina ha una densita energetica 20 volte superiore al solare e 5 volte superiore all'eolico (circa 3 kW/m2). Inoltre, risente meno delle condizioni meteo e ha un fattore di capacita superiore alle altre rinnovabili.

L'Italia e attiva nel settore dell'energia marina?

Si, l'Italia e tra i sei Paesi UE con politiche specifiche per l'energia marina. Esistono cinque prototipi italiani con maturita tecnologica TRL7+, tra cui ISWEC a Pantelleria e Rewec 3 a Civitavecchia.